24-表油菜素内酯（24-epiBL）对刺槐、香樟幼苗耐盐性的影响

论文摘要

目前全球土壤盐碱化加剧,中国盐碱地面积位居世界第三。江苏省位于中国南方经济发达区,处于杨泽江流域沿黄海海岸线,人口密度大,人类活动密集,工业发达,沿海区域土壤存在盐碱化问题。随着全球气候变暖,土壤表层水分蒸发加剧,土壤养分下降,加剧该区域土壤盐碱化程度和面积的增加,限制区域经济发展,严重影响该区域人民生活质量,此地区盐碱地恢复治理迫在眉睫。植树造林作为盐碱地治理措施之一,对盐碱地的改良具有持久积极的作用,并且能够提供用材和其它林副产品,发展区域经济。刺槐（Robinia pseudoacacia L.）作为功能树种对沿海地带土壤改良有调节土壤营养和抗风蚀的能力,是该地区主要的造林树种;香樟（Cinnamomum camphora L.）是该区域的经济树种对区域经济有支撑作用。由于盐碱地范围和程度的累加,上述树种面临生长威胁。24-表油菜素内酯（24-epibrassinolide,24-epiBL）作为新型的植物生长激素被广泛应用于植物生殖、生长、抗逆性研究中,包括抗盐性研究,但缺少木本植物抗盐性的研究。通过外源添加24-epiBL,研究0.21,0.62,1.04μM浸种（Sew）、喷叶（Spw）和蘸根（Diw）三种处理对刺槐、香樟幼苗耐盐性的影响。从生理、细胞器结构和功能、蛋白质表达与功能等方面,分析盐胁迫下24-epiBL对2个树种幼苗生长状况、光合作用、抗氧化能力的影响,筛选合适的24-epiBL施用方法和浓度并揭示24-epiBL提高植物耐盐性的机制。主要结果如下:（1）24-epiBL可以降低盐害指数、缓解刺槐香樟幼苗在盐胁迫下的生长抑制,显著提高植物苗高、基径生长量,维持叶面积大小和生物量的累积,同时提高叶片相对含水量和细胞膜稳定性,在0.21-1.04μM范围内,24-epiBL浓度越高作用越强,对于施用方式,刺槐幼苗:蘸根（Diw）>浸种（Sew）>喷叶（Spw）处理;对于香樟幼苗:浸种处理（Sew）>喷叶处理（Spw）。（2）盐胁迫影响刺槐、香樟幼苗叶片光合速率（Pn）,气孔导度（Gs）,胞间CO2与环境CO2之比（Ci/Ca）和瞬时水分利用效率（WUEi）,分别降低刺槐和香樟叶片最大光合系统Ⅱ量子通量（Fv/Fm）的5%和28%,降低了约47%香樟叶片非光化学猝灭系数（NPQ）,但对刺槐的NPQ提升了2.4-2.8倍,盐胁迫分别提升了刺槐、香樟叶片热耗散能力（Hd）占正常值的1.2-2.2倍;盐胁迫降低叶片光合色素含量（Cha,Chb和Chl）尤其是在高盐浓度下,降低作用达显著水平（P<0.05）;相较正常幼苗（CK）丙二醛（MDA）提升了1.2-7.4倍、超氧化物歧化酶（SOD）提升了12%-52%,过氧化物酶（POD）刺槐叶片提升1.3-2.8倍、香樟POD活性降低15.8-28倍,且均达到显著水平（P<0.05）。综合分析,两个树种光合抑制机理不尽相同,刺槐的光合作用抑制原因主要是受到叶肉导度（Gm）、气孔导度（Gs）、渗透胁迫和氧化胁迫的作用;香樟的光合作用抑制的主要原因是渗透胁迫、氧化胁迫以及叶肉结构的影响,与气孔导度无显著关系。（3）24-epiBL处理能够显著提升刺槐、香樟叶片Pn和WUEi。对于刺槐叶片,24-epiBL在低盐浓度下（SS-S1）,对叶片Gs的作用不明显（P>0.05）并且伴随着较低的Ci/Ca,在高盐胁迫（SS-S2）下24-epiBL显著提高刺槐叶片Gs（P<0.05）,但对Ci/Ca的影响不显著（P>0.05）其中Diw处理较SS-S2有约1.37%提升作用;香樟叶片24-epiBL处理对Gs作用不显著,在低盐胁迫（SS-S1）下Sew-0.62/1.04S1和Spw-1.04S1对Ci/Ca有11.9-12.5%下调作用（P<0.05）,在SS-S2处理下只有Sew-0.62/1.04S2对Ci/Ca有7.8-12.6%下调作用（P<0.05）。24-epiBL处理能够显著提高刺槐香樟叶片Fv/Fm和降低Hd作用（P<0.05）,刺槐叶片,SS-S1下24-epiBL处理中只有蘸根处理对盐胁迫诱导的NPQ增加有显著降低作用（P<0.05）,而在SS-S2下,1.04μM浸种处理和蘸根处理均能降低0.6%和9.5%的NPQ,24-epiBL处理均显著提升香樟叶片NPQ（P<0.05）。24-epiBL处理能够不同程度增加刺槐、香樟叶片光合色素含量（Cha,Chb和Chl）并显著降低了两个树种叶片MDA的含量（P<0.05）,显著增加POD和SOD的活性（P<0.05）,且浓度越高,效果越好,最高浓度24-epiBL处理能提高刺槐叶片和香樟叶片抗氧化酶活性2.5-2.75倍和2.75-11.5倍。（4）盐分对刺槐、香樟幼苗叶片光合细胞器造成伤害包括生理反应和结构变化。盐胁迫加剧了Na+在叶绿体中的积累(刺槐:26.1-116.7μg?mg-1prot,香樟:60.3-77.4μg?mg-1prot),减少K+(刺槐:1.6-3.5μg?mg-1prot,香樟:23.3-28.8μg?mg-1prot)和Ca2+(刺槐:7.0-7.8μg?mg-1prot,香樟:62.9-71.1μg?mg-1prot)在叶绿体中的累积,严重破坏叶绿体内离子稳态,引起叶绿体内部渗透胁迫和离子毒害,造成叶绿体结构损伤（叶绿体呈现圆球状,淀粉粒结构萎缩或者肿大,嗜锇颗粒肿大,类囊体片层结构松散）,显著抑制叶绿体光合色素的合成（Cha,Chb和Chl,P<0.05）不利于光合化学电子传递。渗透胁迫和离子毒害作用导致叶绿体内部氧化防御系统损伤（叶绿体过氧化氢含量（H2O2）和叶绿体膜脂过氧化作用（MDA）较CK显著提高4.3-15.2倍和13.1-44.2倍）。刺槐叶绿体的抗氧化能力明显好于香樟叶绿体表现在除高盐胁迫下刺槐叶绿体抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性显著低于CK,其他浓度盐胁迫的APX和SOD活性显著高于1.6-3.5倍的CK,而香樟叶绿体胁迫状态下的APX和SOD与CK处理无差异（P>0.05）。（5）24-epiBL处理能够显著降低56-70%叶绿体内H2O2含量和70-73%MDA含量,增加叶绿体抗氧化酶活性（APX为1.5-3.1倍,SOD为1.3-2.1倍）,减少由盐胁迫造成的氧化损伤,增加叶绿体内部的1.5-2.2倍K+和3.5-4.0倍Ca2+的含量,降低了Na+的含量,维持叶绿体内部的稳定,有利于叶绿体的光合色素的合成。基于对叶绿体超微结构的观测,不同24-epiBL处理方式均能维持较好的叶绿体结构和紧密的类囊体片层状态,尤其在高盐胁迫下更明显。对于刺槐叶绿体结构,浸种（Sew）和喷叶（Spw）的处理效果间差异不明显,而蘸根（Diw）处理能够维持较好的叶绿体形态并增加嗜锇颗粒的数量;对于香樟叶绿体结构,Sew处理明显好于Spw处理,能够维持较稳定的叶绿体椭圆形结构和较为紧密的类囊体片层结构,特别在低盐浓度下。（6）本阶段试验采用1.04μM24-epiBL浸种（S+B/S）和喷叶（S+E/S）预处理后经103.45mM NaCl胁迫50天的香樟幼苗成熟叶片,进行蛋白质iTRAQ试验。结果显示,盐胁迫下共有240个差异蛋白（DEPs）,22.1%的DEPs作用于能量代谢过程包括光合作用（23个）、光合天线蛋白（10个）、光合细胞器碳固定（20个）。共有106个DEPs参与17个氧化作用过程。根据DEPs功能富集数量和蛋白差异表达量分析,S+B/S的效果好于S+E/S。两种24-epiBL施用方式均能调节由盐胁迫诱导氧化作用所致差异蛋白的表达,S+B/S作用强于S+E/S,例如热休克家族蛋白在S+B/S中的表达量为S+E/S的2.2倍,超氧化物歧化酶家族蛋白在S+B/S表达量是S+E/S的6.1倍。据S+B/S中蛋白与蛋白的相互作用分析（PPI）,得到16个DEPs对香樟植物耐盐性提高有至关重要作用的蛋白包括两个功能确认的DPEs和其他14个预测蛋白。功能确认的蛋白为超氧化物歧化酶家族蛋白（gi|566168071）,和O2复合物家族蛋白（gi|566168071）,盐胁迫下均为下调蛋白,表达量分别为0.1±0.02和0.23±0.17,24-epiBLS+B/S处理后为上调表达,表达量为17.2±1.38和4.79±2.41,分别是胁迫比较组（S/C）的172倍和20.82倍。总的来说,盐胁迫能够抑制刺槐、香樟的生长,尤其是对光合作用抑制明显,且两个树种的光合抑制机理不尽相同,外源油菜素内酯（24-epiBL）不同方式不同浓度处理均能缓和盐分的抑制作用,蘸根作用>浸种作用>喷叶作用,在施用浓度上1.04μM为最适浓度。24-epiBL能够通过调节抗氧化功能蛋白的表达缓和由盐胁迫诱发的氧化损伤,保护光合细胞器-叶绿体的结构和功能稳定,提升抗氧化能力,改善离子毒害,维持刺槐、香樟叶片光合系统的运转,缓和盐胁迫下的光合抑制,提升刺槐、香樟对盐分的耐受性。

论文目录

致谢

摘要

abstract

第一章前言

1.1 选题的目的与意义

1.2 研究进展

1.2.1 植物对盐分的响应机制

1.2.2 提高植物耐盐性的途径

1.2.3 油菜素内酯的应用与调节机制

1.2.4 油菜素内酯与胁迫的关系

1.3 研究内容

1.4 技术路线

第二章盐胁迫下24-epi BL处理对刺槐、香樟幼苗生长的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 试验材料

2.1.2 试验设计

2.1.3 指标的测定方法

2.1.4 数据处理

2.2 结果与分析

2.2.1 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗生长情况的影响

2.2.2 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟叶片受损程度的影响

2.2.3 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗盐害指数的影响

2.3 讨论

2.4 本章小结

第三章盐胁迫下24-epi BL处理对刺槐、香樟幼苗叶片生理特征的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 试验材料

3.1.2 试验设计

3.1.3 指标测定方法

3.1.4 数据处理

3.2 结果与分析

3.2.1 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片光合作用的影响

3.2.2 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

3.2.3 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片光合色素的影响

3.2.4 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片抗氧化作用的影响

3.3 讨论

3.4 本章小结

第四章盐胁迫下24-epi BL处理对刺槐、香樟幼苗叶绿体组织生理变化和结构的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验设计

4.1.3 指标测定方法

4.1.4 数据处理

4.2 结果与分析

4.2.1 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片叶绿体金属离子的影响

4.2.2 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片叶绿体光合色素的影响

4.2.3 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟幼苗叶片叶绿体抗氧化作用的影响

4.2.4 盐胁迫下24-epiBL处理对刺槐、香樟叶片叶绿体结构的影响

4.3 讨论

4.4 本章小结

第五章盐胁迫下24-epi BL处理对香樟叶片差异蛋白表达的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 植物材料

5.1.2 试验仪器

5.1.3 试验方法

5.1.4 数据处理

5.2 结果与分析

5.2.1 盐胁迫下24-epiBL处理对香樟叶片差异蛋白个数的影响

5.2.2 盐胁迫下24-epiBL处理对香樟叶片差异蛋白表达量聚类分析

5.2.3 盐胁迫下24-epiBL处理对香樟叶片差异蛋白功能分类的影响

5.3 讨论

5.4 本章小结

第六章盐胁迫下24-epi BL处理对香樟叶片差异蛋白功能分析

6.1 材料与方法

6.1.1 植物材料

6.1.2 实验仪器

6.1.3 实验方法

6.1.4 数据处理

6.2 结果与分析

6.2.1 盐胁迫下24-epiBL处理对叶片差异蛋白KEEG功能分类的影响

6.2.2 盐胁迫下24-epiBL处理对参与光合过程的差异蛋白的影响

6.2.3 盐胁迫下24-epiBL处理对参与光合细胞器碳固定的差异蛋白的影响

6.2.4 盐胁迫下24-epiBL处理对参与氧化作用过程的差异蛋白的影响

6.2.5 盐胁迫下24-epiBL处理具有氧化还原调节功能的高效差异蛋白筛选

6.2.6 盐胁迫下24-epiBL处理对具有氧化胁迫调节功能的差异蛋白互作分析

6.3 讨论

6.4 本章小结

第七章结论与展望

7.1 全文结论

7.2 创新之处

7.3 不足与展望

攻读博士期间发表论文

参考文献

附表

文章来源

类型: 博士论文

作者: 岳健敏

导师: 张金池

关键词: 盐胁迫,表油菜素内酯,光合作用,叶绿体,蛋白质组,氧化胁迫

来源: 南京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,林业

单位: 南京林业大学

基金: 国家林业公益性行业科研专项项目《江苏省农业科技自主创新资金项目》,江苏省科技厅《耐盐树种新品种选育及栽培关键技术研究与示范项目》,江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)

分类号: S714.6

DOI: 10.27242/d.cnki.gnjlu.2019.000007

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